[发明专利]一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备水处理用煤基活性炭的方法，特别涉及一种对于多环芳烃污染物芘含量高的污水具有良好处理效果的煤基活性炭的制备方法。

背景技术

多环芳烃是一类具有苯环结构的化合物，属于持久性有机污染物。在空气和水中可以长时间存在，并且很难生物降解。它们可以与DNA相互作用，促进诱变或者致癌。芘作为典型的多环芳烃，若与其长期接触，会引起头痛、乏力、睡眠不佳、易兴奋、食欲减退、白细胞增加，血沉增速等病症。利用传统的物理化学方法很难有效的去除它们，如混凝、絮凝、沉降、过滤、臭氧氧化等。目前吸附处理对于去除溶液中的有机污染物是一种简单有效的方法。活性炭是一种常见的具有很高比表面积的多孔材料，被广泛的应用于气相、液相的分离／纯化，去除有毒物质，催化剂和催化剂载体等领域。利用活性炭吸附去除多换芳烃已有相关报道，表明多环芳烃在多孔活性碳上的吸附远远大于在土壤，沉积物，悬浮有机物中。因此，开发高效的活性炭以去除环境中的多环芳烃具有重要的现实意义。

新疆地大物博，煤炭资源储量丰富，全疆预测煤炭资源总量2.19万亿吨，占全国40％以上，居全国首位。新疆的煤炭品种齐全，煤质优良多以中低变质的长焰煤、不粘结煤和弱粘结煤为主，其次为中变质的气煤、肥煤和焦煤，低变质的褐煤和高变质烟煤、无烟煤也有大量的分布。因此近年来随着工业生产的发展，以煤为原料加工制成的具有独特的孔隙结构和优良的吸附性能的煤基活性炭，在环境保护领域发挥着越来越重要的作用，国内外需求量越来越大，成为人类改善自身生存环境不可缺少的吸附材料，因此新疆煤炭资源储量丰富是未来煤基活性炭生产的理想基地之一，具有良好的发展前景。

微波技术作为一种新兴的加热技术，能够极大地提高一些化学反应速率、减少反应时间、简化后处理程序。目前，制备活性炭常用的传统加热方式，比如中国专利(申请号201210246423.2)采用以板栗壳为原料，氯化锌为活化剂获得具有较高吸附性能的板栗壳活性炭，需要在300-550℃下反应60-90分钟进行，传统加热方式反应过程时间长，生产成本高，耗能大，不能满足工业生产的需求。故微波加热作为新型加热技术已开始应用于活性炭制备领域，更高效的制备炭质材料。目前报道的微波法制备活性炭的原料绝大多数以生物质材料或农业废弃物，比如Liu等人以竹子[Modification of bamboo-based activated carbon using microwave radiation and its effects on the adsorption of methylene blue，2010]，废弃的茶叶[A novel method for production of activated carbon from waste tea by chemical activation with microwave energy，2008]等为原料进行微波法制备活性炭，然而用微波法制备煤基活性炭的研究鲜见报道。在去除环境中多环芳烃的研究中，Yuan等人[Adsorption of polycyclic aromatic hydrocarbons from water using petroleum coke-derived porous carbon，2010]利用石油焦制备的活性炭对多环芳烃萘、菲、芘、芴进行吸附处理。Kong等人[Phenanthrene Removal from Aqueous Solution on Sesame Stalk-based Carbon，2012]用芝麻杆制备的活性炭去除水溶液中的多环芳烃菲。然而采用微波法制备的煤基活性炭去除多环芳烃芘的研究未见报道。

鉴于此，本发明利用新疆丰富的煤炭资源，选取新疆无烟煤为原料，利用微波加热法对其进行炭化和活化，通过对制备条件进行考察，制备高吸附性能的煤基活性炭，并利用其吸附性能去除模拟废水中典型多环芳烃芘，是一种具有良好的经济效益和应用前景的去除方法，并具有显著的技术优势和较强创新性的知识产权。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于脱除芘的煤基活性炭的微波辐射制备方法，该方法以新疆无烟煤为原料，通过微波加热炭化和活化，制备煤基活性炭。所制备的煤基活性炭对芘表现出吸附容量大，吸附速率快，处理效果显著等优点，具有良好的经济和环境效益。

实现本发明目的采用以下技术方案：

采用微波辐射法以新疆无烟煤为碳源进行炭化和活化制备得到的煤基活性炭为吸附剂，投入含芘的模拟废水中，吸附去除芘。该方法包括如下步骤：